Конец эпохи: что случилось с «Вояджер-1» и что будет дальше?

За последние полвека учёные получили огромный объём информации о Вселенной, включая как данные о Солнечной системе и её объектах, так и о дальнем космосе. Большую работу проделали космические аппараты, без них астрономы до сих пор гадали бы, например, что из себя представляет Европа, спутник Юпитера, или какова поверхность Плутона. «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — именно такие аппараты, ставшие надёжными инструментами изучения космоса и служащие человечеству вот уже почти 50 лет. К сожалению, ничто не вечно, и у первого «близнеца» сейчас серьёзные технические проблемы, которые уже вряд ли получится решить. С чего всё началось - 5 сентября 1977 года «Вояджер-1» впервые отправил данные со своих приборов на Землю, и с тех пор поток информации не прекращает поступать, за исключением небольших перерывов. Зонд должен был изучать Юпитер и Сатурн, причём считалось, что он проработает всего несколько лет, после чего системы прекратят функционировать. Но всё оказалось иначе — срок службы двух аппаратов превысил расчётный в десять раз. «Вояджер-1» пролетел мимо Юпитера в 1979 году, после чего посетил и окрестности Сатурна в 1980 г. Он вместе со своим «близнецом» внёс огромный вклад в изучение Солнечной системы, предоставив подробную информацию об атмосфере планет-гигантов, о спутниках и кольцах.

В частности, «Вояджеры» передали снимки вулканов на Ио (причём действующих), сфотографировали ледяной покров Европы, кольца Сатурна, циклоны Нептуна и многое другое. Информацию, переданную ими, до сих пор изучают.

В 1988 году «Вояджер-1» стал самым отдалённым от Земли аппаратом, созданным руками человека. К сожалению, последние несколько десятков лет зонды работают, что называется, на истощение, поскольку мощность термоэлектрических генераторов постоянно падает.

В 2017 году основные его двигатели отказали, и Земля активировала маневровые двигатели аппарата — впервые за 40 лет. Выяснилось, что деградировали системы коррекции ориентации аппарата, вместо них учёные попробовали использовать двигатель коррекции траектории, простаивавший 37 лет. Удивительно, но запуск показал, что всё хорошо, это позволило предположить увеличение срока службы аппарата ещё на 2-3 года. Забегая вперёд, скажем, что инженеры оказались правы.

Технические проблемы

Перебои в работе оборудования зондов возникали многократно, но каждый раз инженерам и учёным удавалось их решить. Но в 2022 году начались серьёзные проблемы с передачей телеметрии «Вояджером-1». Тогда аппарат стал отправлять странные данные о своём положении — последовательность нулей или 377.

Инженеры NASA объяснили, что всё это связано с AACS (подсистемой пространственной ориентации и маневрированием). Несмотря на то, что зондом всё ещё можно было управлять «вручную», он потерял представление о том, где находится в текущий момент. Скорее всего, причина заключается в негативном воздействии жёсткого излучения на навигационную систему устройства.

Тогда высказывалось даже предположение о влиянии тёмной материи или вещества с отрицательной массой на земной аппарат. Конечно, доказать или опровергнуть это мы не можем, но факт остаётся фактом — навигационная система стала сбоить. Инженерам проекта удалось решить проблему, отправив телеметрию через другой компьютер аппарата.

Но в декабре 2023 года ситуация повторилась. Блок телеметрической модуляции стал отправлять в ЦУП странный двоичный код. В NASA предположили, что проблема в FDS. Это один из трёх компьютеров зонда, работающий вместе с центральным блоком управления и контроля, а также устройством, отвечающим за ориентацию и наведение. Он также управляет сбором различной информации сети датчиков аппарата и объединяет всё это в данные в двоичном коде. А телекоммуникационный блок отправляет информацию на Землю. Возможно, проблема вызвана повреждением памяти в FDS.

Учёные перезагрузили систему, но ничего не получилось — зонд продолжал передавать на Землю невразумительные данные.

«Если мы вернём аппарат к жизни, это будет величайшим чудом. Мы определённо не собираемся складывать руки. Есть и другие методы, которые мы можем попробовать. Но случившееся, безусловно, самая серьёзная поломка с тех пор, как я стала менеджером проекта», — заявила руководитель миссии Сюзанна Додд.

Аппарат нормально принимает данные с Земли и «понимает» их, но это пока ничем не помогает вернуть обмен информацией. Сейчас сотрудники проекта продолжают передавать команды «Вояджеру-1», надеясь на локализацию проблемы при помощи коррекции памяти компьютера. Если в течение нескольких недель ничего не выйдет, то зонд можно будет считать потерянным. Конечно, Земля продолжит получать тот самый поток невразумительных данных, что позволит понять, работает ещё аппарат или нет. Но научной ценности информация уже не несёт.

На текущий момент «Вояджер-1» находится на расстоянии 24 365 306 285 км от Земли и продолжает своё путешествие со скоростью 61 тыс. км/ч. Сейчас для получения ответа от аппарата приходится ждать около 45 часов, настолько велико расстояние.

Не всё потеряно

Близнец зонда, «Вояджер-2», продолжает работать. В 2023 году срок его службы продлили на несколько лет. В частности, учёные решили проблему падения мощности топливного элемента, отключив обогрев систем, которые уже не нужны для поддержания полёта.

Чем дальше улетают аппараты, тем более ценную информацию они передают, поэтому в NASA очень заинтересованы в продолжении работы устройств. Насколько можно понять, системы «Вояджер-2» функционируют стабильно, и пока что никаких критических сбоев нет. В начале 2023 года учёные проанализировали информацию с зонда — оказалось, что всё идёт по плану.

Хотелось бы надеяться, что «Вояджер-2» проработает ещё несколько лет, до момента окончательной потери мощности топливным элементом, и мы сможем узнать ещё много интересного. И конечно, пожелаем удачи NASA с восстановлением работоспособности «Вояджера-1».

Аппарат «Вояджер-2», возможно, приближается к межзвездному пространству

Зонд НАСА Voyager 2 («Вояджер-2»), в настоящее время находящийся на пути к межзвездному пространству, зафиксировал рост интенсивности космических лучей, идущих из-за пределов Солнечной системы. Запущенный в космос в 1977 г., зонд Voyager 2 находится на расстоянии чуть менее 17,7 миллиона километров от Земли, что эквивалентно 118 расстояниям от Земли до Солнца. Начиная с 2007 г., зонд двигался сквозь крайний внешний слой гелиосферы – огромного «пузыря», окружающего Солнце и планеты, в пределах которого доминируют солнечный материал и магнитные поля. Ученые миссии Voyager 2 ожидали увидеть признаки того, что аппарат достигнет внешней границы гелиосферы, называемой гелиопаузой. Когда аппарат Voyager 2 выйдет за пределы гелиосферы, он станет вторым в мире искусственным объектом, после «Вояджера-1», когда-либо входившим в межзвездное пространство. Во второй половине августа бортовой инструмент зонда Voyager 2 под названием Cosmic Ray Subsystem зафиксировал 5-процентный рост уровня интенсивности космических лучей, достигающих аппарата, по сравнению с началом августа. Инструмент Low-Energy Charged Particle зонда зарегистрировал аналогичный рост интенсивности высокоэнергетических космических лучей.

Космические лучи представляют собой быстродвижущиеся частицы родом из-за пределов Солнечной системы. Часть этих космических лучей блокируется гелиосферой, поэтому считается, что на границе с межзвездным пространством должен наблюдаться резкий рост интенсивности космических лучей.

В мае 2012 г. аппарат Voyager 1 испытал аналогичный рост интенсивности космических лучей, и затем, спустя три месяца, пересек гелиопаузу и вышел в межзвездное пространство. Однако, согласно ученым, такой 5-процентный рост интенсивности космических лучей не является однозначным признаком выхода аппарата из гелиосферы. На самом деле, аппарат Voyager 2 может покинуть пределы гелиосферы намного позже. Большая разница во времени пересечения гелиопаузы для двух аппаратов-близнецов может объясняться разной активностью Солнца и соответственно – разными размерами «пузыря» гелиосферы, пояснили ученые.

«Вояджеры» продолжают совершать удивительные открытия

В августе 2012 года космический зонд «Вояджер-1» стал первым рукотворным космическим аппаратом, добравшимся туда, куда ранее никто и никогда не добирался: он достиг так называемой «гелиопаузы» — внешних границ гелиосферы Солнца — и вошел в межзвездное пространство. Перед тем как «Вояджер-1» покинул «пузырь» Солнечного воздействия, он собрал немало интересных данных. Теперь космический аппарат «Вояджер-2» совершает то же самое путешествие – проходит через внешний слой нашей гелиосферы, направляясь в неизвестность. Однако через пять лет он сможет предоставить совсем иные по сравнению с «Вояджером-1» данные.

«Тот участок границы, где «Вояджер-2» покидает гелиосферу, несколько отличается от того участка, где был «Вояджер-1». Поэтому сравнивать и экстраполировать данные здесь не имеет смысла», — начал объяснение Эд Стоун, бывший директор Лаборатории реактивных движений NASA, выступая на Конференции геофизического союза на прошлой неделе.

Тем не менее Стоун все же привел некоторое сравнение, правда без каких-либо утверждений. Работать в проекте космической миссии «Вояджер-1» он начал еще с 1972 года, поэтому прекрасно понимает, насколько собранные зондами данные уникальны для науки. В рамках своего выступления он рассказал о разнице между тем, что увидел «Вояджер1» и «Вояджер-2», проходя внешние границы гелиосферы и предоставляя беспрецедентно уникальные данные о внешней структуре «пузыря», который мы называем своим домом.

В центре этого «пузыря» находится наше Солнце, излучающее потоки высокозаряженных частиц, называемых солнечным ветром. Как только эти потоки становятся более рассеянными, они формируют вокруг нашей системы что-то вроде «планетарной атмосферы», пузыря, оболочки, если хотите, которая называется гелиосферой.

Как и в случае атмосферы Земли, гелиосфера отделяет благодаря магнитному полю те объекты и материю, которые находятся внутри этого пузыря, от тех объектов и материи, которые находятся за ее пределами. В этом случае речь идет о межзвездном ветре, состоящем из различных частиц, оставленных после себя мертвыми звездами. Грубо говоря – магнитное поле Солнца создает гигантский пузырь размером около 100 астрономических единиц (1 а. е. = дистанция между Солнцем и Землей).

Диаграмма гелиосферы с приблизительной траекторией движения космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2»

Однако гелиосфера не герметична. Межзвездное пространство и гелиосфера находятся в постоянном взаимодействии, как правило, на уровне малоизученного нами региона, носящего название «гелиощит». Именно этот отрезок пространства в настоящий момент преодолевает космический зонд «Вояджер-2». В рамках своего выступления на конференции и в последующих интервью Стоун рассказал о том, что полученная от зонда информация позволяет по-новому взглянуть на то, что происходит в этом отрезке космоса.

Когда «Вояджер-1», двигаясь к северу от солнечного экватора, пересек гелеощит между 2004-2012 годами, он стал свидетелем возросшего количества высокозаряженных частиц, называемых галактическими космическими лучами. Однако когда «Вояджер-2» стал пересекать гелеощит с южной части солнечного экватора, этих лучей он не заметил.

«В случае с «Вояджером-1» объем галактических космических лучей увеличился вдвое, как только мы пересекли последний рубеж. В случае «Вояджера-2» — интенсивность частиц все время оставалась на одинаковом уровне», — говорит Стоун.

Стоун предполагает, что такая разница может объясняться тем, что в настоящий момент мы находимся в более активной фазе солнечного цикла. Галактические космические лучи весьма активны. И их число, пересекающих границы нашей системы, резко возрастает со снижением активности солнечного ветра. Вполне вероятно, что свидетелем именно такого явления и оказался «Вояджер-1», когда пересекал границу.

«Когда «Вояджер-1» находился в среде гелиощита, то здесь наблюдалась относительно низкая солнечная активность. Когда к гелиощиту подобрался «Вояджер-2», эта активность была выше. Благодаря этим данным мы теперь больше знаем о том, насколько сильным может быть барьер нашего пузыря», — делится Стоун.

Факт того, что наше Солнце способно снижать свой максимум активности, может в конечном итоге помочь объяснить еще одно несоответствие. Дело в том, что данные «Вояджера-2» указывают на то, что внутри гелиощита солнечный ветер может приобретать закрученную форму и отклоняться от общего потока, образуя очень длинный хвост, похожий на хвост кометы.

По крайней мере именно это и ожидали увидеть ученые, согласно нашему теоретическому пониманию того, что происходит с солнечным ветром, когда он сталкивается с межзвездным ветром. Однако «Вояджер-1» таких изменений в направлении солнечного ветра не наблюдал.

«Когда «Вояджер-1» попал в зону застоя, скорость ветра замедлилась, но при этом его направление не поменялось. Однако «Вояджер-2» наблюдал совсем иную картину», — говорит Стоун.

Космический аппарат «Вояджер-1», находящийся на расстоянии 137 астрономических единиц от Солнца, направляется в сторону созвездия Змееносца, что на севере от солнечного экватора. «Вояджер-2» находится на расстоянии 113 астрономических единиц от родной звезды и ускоряется в сторону созвездия Павлина, что на юге. Стоун подозревает, что «Вояджер-2» войдет в межзвездное пространство в течение года или двух, однако в этом пока никто не уверен. «Мы ожидаем скорое пересечение «Вояджером-2» гелиопаузы, однако зная то, что было с «Вояджером-1», мы понимаем, сейчас второй аппарат находится совсем в ином месте, не похожем на то, что было в случае с первым зондом», — говорит Стоун.

Однако ожидания Стоуна, кажется, совсем не волнуют, и он готов дождаться результатов.

«Мы изучаем взаимодействие звезд с тем, что находится снаружи их систем. Раньше у нас были только идеи и модели, но теперь есть реальные данные».

Если вас интересует вопрос о том, насколько долго зонды смогут держать с нами связь, то объясним. РИТЭГи обоих космических аппаратов работают на базе плутония-238, чей период полураспада составляет 88 лет. Жестокая реальность заключается в том, что с каждым годом у зондов остается меньше питания для работы, по сравнению с каждым предыдущим годом.

«Мы уже полностью отключили множество вещей и продолжим выключать остальные до тех пор, пока зонды будут в состоянии продолжать свое движение», — говорит Стоун.

Если все пойдет, как было запланировано, то у обоих зондов в запасе еще пара десятков лет до тех пор, пока они не канут в пустоту. А пока до этих дней миссия космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2» будет продолжать дарить нам новые знания о нашем космическом «пузыре» и бесконечной неизвестности, что лежит за его пределами.

Альфа Центавра b и a – две ближайшие к нам звезды-соседки